JP2004050005A - スパイラル型膜エレメント、逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工業用水など濁度の高い原水を前処理なしで供給しても、濁質が蓄積し難く、長期間に亘り安定な通水処理が可能なスパイラル型膜エレメント、逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置を提供すること。
【解決手段】透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントであって、該原水スペーサーは、原水の流入側から流出側に向かって緩やかな曲線で蛇行する形状で延在する第１線材及び第２線材からなるものであって、該第１線材は分離膜の一方の膜面に沿って延在し、隣接する第１線材間で一方の原水流路を形成し、該第２線材は分離膜の他方の膜面に沿って延在し、隣接する第２線材間で他方の原水流路を形成し、該第１線材と該第２線材とは一部が重なり、該重なり箇所で結合されてなる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用水など濁度の高い原水であっても、前処理することなく、長期間に亘り安定な通水処理が可能なスパイラル型膜エレメント、逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る方法として、逆浸透膜（ＲＯ膜）やナノ濾過膜（ＮＦ膜）を透過膜とするスパイラル型膜エレメントを用い、原水中からイオン成分や低分子成分を分離する方法が知られている。図９に例示されるように、従来から一般的に使用されているスパイラル型膜エレメントは、透過水スペーサー９２の両面に逆浸透膜９１を重ね合わせて３辺を接着することにより袋状膜９３を形成し、該袋状膜９３の開口部を透過水集水管９４に取り付け、網状の原水スペーサー９５と共に、透過水集水管９４の外周面にスパイラル状に巻回することにより構成されている。そして、原水９６はスパイラル型膜エレメント９０の一方の端面側９ａから供給され、原水スペーサー９５に沿って流れ、スパイラル型膜エレメント９０の他方の端面側９ｂから濃縮水９８として排出される。原水９６は原水スペーサー９５に沿って流れる過程で、逆浸透膜９１を透過して透過水９７となり、この透過水９７は透過水スペーサー９２に沿って透過水集水管９４の内部に流れ込み、透過水集水管９４の端部から排出される。このように、巻回された袋状膜９３間に配設される原水スペーサー９５により原水経路が形成されることになる。
【０００３】
このようなスパイラル型膜エレメントを用いて海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る場合、通常、原水の濁質などを除去する目的で前処理が行われている。この前処理を行う理由は、スパイラル型膜エレメントの原水スペーサーの厚みは、原水流路を確保しつつできる限り原水と逆浸透膜との接触面積を大きくとるため通常１ｍｍ以下と薄く、濁質が原水流路にある原水スペーサーに蓄積され、原水流路を閉塞し易い構造となっている。このため、予め原水中の濁質を除去して濁質蓄積による通水差圧の上昇や透過水量、透過水質の低下を回避し、長期間に亘り安定な運転を行うためである。このような除濁目的で用いられる前処理装置は、例えば、凝集沈殿処理、濾過処理及び膜処理などの各装置を含むものであり、これらの設置は、設置コストや運転コストを上昇させると共に、大きな設置面積を必要とするなどの問題を有していた。このため、従来例のような薄い原水スペーサーで原水流路を確保でき、従来と同等程度の脱塩率を維持できると共に、濁質が蓄積しない構造のスパイラル型膜エレメントが開発されれば、工業用水や水道水が前処理なしで供給でき、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が可能となり、産業上の利用価値は極めて高いものとなる。
【０００４】
一方、スパイラル型膜エレメントの濁質による原水流路の閉塞を防止するため、従来の格子の網目状原水スペーサーの構造を改善した種々の提案がなされている。特開昭６４−４７４０４号公報には、波板形であって該波形が蛇行する形状の原水スペーサーを用いるスパイラル型膜エレメントが開示されている。この蛇行波形形状の原水スペーサーは成型が困難であると共に、スパイラル状に巻回する際、流路が潰れる可能性が大であり、実用的ではない。
【０００５】
特開平９−２９９７７０号公報には、第１の線材と第２の線材が互いに交差するように格子状に形成されてなり、第１の線材又は第２の線材が透過水集水管の長手方向と平行になるように原水スペーサーを配置する構造のものが開示されている。この構造の原水スペーサーによれば、原水が透過水集水管の長手方向と平行な方向にほぼ直線状に流れるため、圧力損失が低く、且つ原水の線速が大きくなり、原水中の濁質が蓄積し難くなる反面、集水管の長手方向に直角な方向に存在する線材が原水の流路を遮るため、当該線材に濁質が蓄積してしまい、やはり原水流路の閉塞を起こしてしまう。
【０００６】
特開平１０−１５６１５２号公報には、図８に示すように、原水の流入側Ｘから流出側Ｙに向かってジグザグ状に延在する線材よりなり、線材は対面する分離膜のうち一方の分離膜８０の膜面に沿って延在する第１の線材８１と、他方の分離膜の膜面に沿って延在する第２の線材８２とからなり、隣り合う第１の線材同士間、及び隣り合う第２の線材同士間には、それぞれ、原水の流入側から流出側までの分離膜の膜面に沿って連続して延在する原水流路が形成されており、該第１の線材と第２の線材とは一部８１ｂ、８２ａが重なると共に、この重なった箇所において結合する構造の原水スペーサーが開示されている。この構造の原水スペーサーによれば、従来の格子の網目状の原水スペーサーに比べて濁質による原水流路の閉塞は抑制されるものの、図８における第１の線材８１のコーナー部Ｃ付近における原水の淀みは、例え第２の線材８２の突出部Ｂにおける高流速の流れの影響を受けたとしても解消することはできない。このため、長期間の使用においては濁質の蓄積がやはり起ってしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来提案されている原水スペーサーのうち、第１の線材と第２の線材とで構成される網目状構造のものは、いずれも、原水流路内にコーナー部あるいは屈曲点となる部分が存在し、これが原水の淀みを発生させることになり、長期間の使用においては濁質の蓄積が起ってしまい、通水差圧の上昇は避けられず、従来行われていた原水の前処理を省略するまでには至っていないのが現状である。原水流路を確保しつつ、屈曲点のない流路を形成するという観点から、原水の流入側から流出側に向かって直線状又は略直線状に延在する線材のみで形成される構造のものが最も好適なものであるが、線材同士を繋ぐ構造ではないため、工業的に製作することは困難である。
【０００８】
従って、本発明の目的は、工業用水など濁度の高い原水を前処理なしで供給しても、濁質が蓄積し難く、長期間に亘り安定な通水処理が可能なスパイラル型膜エレメント、逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは鋭意検討を行った結果、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントにおいて、原水中の濁質が蓄積するのは主に原水スペーサーの線材が交差する交点部分や屈曲部分であること、従って線材を交差させず、屈曲点を形成させないようにし、原水の流れを直線的にすれば、原水スペーサーへの濁質の蓄積が大幅に抑制されることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明（１）は、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントであって、該原水スペーサーは、原水の流入側から流出側に向かって緩やかな曲線で蛇行する形状で延在する第１線材及び第２線材からなるものであって、該第１線材は該分離膜のうちの対向する一方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第１線材同士間で一方の原水流路を形成し、該第２線材は該分離膜のうち対向する他方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第２線材同士間で他方の原水流路を形成し、該第１線材と該第２線材とは一部が重なり、該重なり箇所で結合されてなるスパイラル型膜エレメントを提供するものである。かかる構成を採ることにより、原水は緩やかな曲線で蛇行する形状の線材同士間を膜面に沿って、緩やかに蛇行しながらあるいはほぼ直線状に流入側から流出側に向かって流れる。このため、原水流路における濁質の蓄積が大幅に抑制される。
【００１１】
また、本発明（２）は、前記緩やかな曲線で蛇行する形状は、屈曲点のない規則性を有する形状であって、振幅Ｈと波長Ｌの比（Ｈ／Ｌ）が０．０２〜２であり、且つ１本の線材１ｍ当たり１〜１００波長であることを特徴とする前記スパイラル型膜エレメントを提供するものである。かかる構成を採ることにより、用途あるいは使用条件に見合った好適な適宜の数値を選択して作製することができ、前記発明の効果を確実に得ることができる。また、本発明（３）は、前記スパイラル型膜エレメントを備えることを特徴とする逆浸透膜モジュールを提供するものである。かかる構成を採ることにより、前記発明と同様の効果を奏する他、水処理施設内に搬入し易く、且つそのままの形態で処理ラインに装着できる。本発明（４）は、前記逆浸透膜モジュールを備えることを特徴とする逆浸透膜装置を提供するものである。本発明の逆浸透膜装置を用いて海水の淡水化や、超純水、各種製造プロセス用水を得る場合、工業用水や水道水など濁度の高い原水を前処理なしで供給でき、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が可能となり、産業上の利用価値は極めて高い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明において、原水スペーサーは、原水の流入側から流出側に向かって緩やかな曲線で蛇行する形状で延在する複数の第１線材及び複数の第２線材から構成される。第１線材及び第２線材の断面形状としては、特に制限されないが、例えば円形、三角形、四角形などが挙げられ、このうち、円形断面の線材が製造し易い点で好ましい。また、第１線材及び第２線材は同一寸法、同一断面形状のものが使用される。
【００１３】
緩やかな曲線で蛇行する形状としては、例えば屈曲点がなく、変曲点を除き全て曲線部で構成される蛇行形状が例示される。屈曲点とは、直線と直線で構成され角度を持った角部分を言う。なお、この角部分は角が削られたような、あるいは角部分が少しの丸みを有するものも含まれる。従って、緩やかな曲線で蛇行する形状には、いわゆる図８に示されるようなジグザク形状は含まれない。また、曲線部としては、常に同じ曲率半径で構成される半円形状、円の一部の弧及びｓｉｎ曲線のように連続的に曲率半径が変化する形状などが挙げられる。常に同じ曲率半径で構成される半円形状、若しくは円の一部の弧の場合、この曲線の曲率半径は、１０ｍｍ〜１００００ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜５０００ｍｍがよい。曲率半径が１０ｍｍ未満では原水の流れに淀みが生じ易く、長期間の使用においては濁質の蓄積が起こるようになり、１００００ｍｍを越えると、成形性が悪くなり製作し難くなる。また、緩やかな曲線で蛇行する形状は、例えば所定寸法の波長と振幅を有する繰り返し形態を採る規則性形状のものや、波長又は振幅が集水管の長手方向又はそれに直角な方向に徐々に変化する不規則性形状であってもよいが、規則性形状が製作が容易な点で好適である。
【００１４】
緩やかな曲線で蛇行する形状の好ましい形態を図１〜図４を参照して説明する。図１は本形態例における原水スペーサーを示す図、図２（Ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿って見た図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に沿って見た図、図３は図１の一部を拡大して示す斜視図、図４（Ａ）は原水スペーサーを構成する第１線材を示す図、（Ｂ）は原水スペーサーを構成する第２線材を示す図である。図中、原水スペーサー１の形状は、屈曲点のない規則性を有し、曲線部が連続的に曲率半径が変化する緩やかな蛇行形状であって、波長Ｌは１０〜１０００ｍｍ、好ましくは２０〜５００ｍｍ、振幅Ｈは２〜２００ｍｍ、好ましくは１０〜１００ｍｍであり、且つ振幅Ｈと波長Ｌの比（Ｈ／Ｌ）が０．０２〜２、好ましくは０．０５以上、０．５未満の範囲である。この場合、１本の線材１ｍ当たり１〜１００波長である。振幅Ｈと波長Ｌの比（Ｈ／Ｌ）、振幅Ｈ及び波長Ｌが上記数値範囲にあれば、原水は原水流路内を緩やかに蛇行しながらあるいはほぼ直線状に流入側から流出側に向かって流れ、原水流路内に濁質が蓄積することが防止されると共に、原水スペーサーの製作が可能となる。
【００１５】
本形態例における原水スペーサー１は、原水の流入側Ｘから流出側Ｙに向かって前述の形状で延在する複数の第１線材１１及び複数の第２線材１２からなるものであって、図２に示すように、第１線材１１は分離膜２０のうちの対向する一方の膜面２１に沿って延在され、隣接する第１線材１１、１１間に緩やかな曲線で蛇行する形状に流入側Ｘから流出側Ｙに向かって一方の原水流路２３が形成され、原水はこの一方の原水流路２３を膜２１の膜面に形成された流路に沿って流れる。第２線材１２は分離膜２０のうち対向する他方の膜面２２に沿って延在され、隣接する第２線材１２、１２間に緩やかな曲線で蛇行する形状に流入側Ｘから流出側Ｙに向かって他方の原水流路２４が形成され、原水はこの他方の原水流路２４を膜２２の膜面に形成された流路に沿っても流れる。そして、この一方の原水流路２３と他方の原水流路２４とで形成される原水流路における流れは、流路方向に流れを妨げる屈曲点やコーナー部が存在しないため、実際の流れは直線又は直線に近いものになる。図３及び図４中、符号２３１は一方の原水流路の流れを示し、符号２４１は他方の原水流路の流れを示す。
【００１６】
また、図１及び図３に示すように、第１線材１１の緩やかな曲線における一方の側の突出部１１ａ、１１ａ・・は、第２線材１２の緩やかな曲線における他方の側の突出部１２ａ、１２ａ・・と重なり、この重なり箇所で接合されている。また、第１線材１１の緩やかな曲線における他方の側の突出部１１ｂ、１１ｂ・・は、第２線材１２の緩やかな曲線における一方の側の突出部１２ｂ、１２ｂ・・と重なり、この重なり箇所で接合されている。従って、図４に示すように、隣接する第１線材１１、１１間の距離、及び隣接する第２線材１２、１２間の距離、すなわち、流路幅Ｖは図１の形態においては、振幅Ｈの２倍に等しい。このため、振幅幅Ｈが定まれば、流路幅Ｖが決定される。
【００１７】
緩やかな曲線で蛇行する形状の好ましい他の形態を図５を参照して説明する。図５は他の形態例における原水スペーサーを示す図である。図５において、図１の原水スペーサーと異なる点について主に説明する。すなわち、図５において、図１と異なる点は隣接する第１線材５１、５１間の距離、及び隣接する第２線材５２、５２間の距離、すなわち、流路幅Ｖを振幅Ｈと等しくした点にある。第１線材５１、第２線材５２には図５において緩やかな曲線における下側の突出部５１ａ、５２ａと、上側の５１ｂ、５２ｂが設けられている。そして、第１線材５１の緩やかな曲線における突出部５１ａ、５１ｂの中間部分と、第２線材５２の緩やかな曲線における突出部５２ａ、５２ｂの中間部分とが交差して重なっている。また、第１線材５１の下側の突出部５１ａと第２線材５２の上側の突出部５２ｂとが重なり合っている。更に、第１線材の上側の突出部５１ｂと第２線材５２の下側の突出部５２ａとが重なり合っている。そして、これらの重なり合い部分がお互いに接合され、これにより一体の原水スペーサー１ａが構成されている。この原水スペーサー１ａを用いたスパイラル型膜エレメントにおいても、流路幅Ｖが図１のものと比較して半分の幅であるものの、同様に、隣接する第１線材５１、５１間に緩やかな曲線で蛇行する形状に流入側Ｘから流出側Ｙに向かって一方の原水流路が形成され、隣接する第２線材５２、５２間に緩やかな曲線で蛇行する形状に流入側Ｘから流出側Ｙに向かって他方の原水流路が形成される。そして、この一方の原水流路と他方の原水流路とで形成される原水流路における流れは、図１の原水スペーサー１と比較すると蛇行する傾向にあるものの、濁質の蓄積に至るほどではない。
【００１８】
原水スペーサーの厚さは、第１線材の径と第２線材の径を合わせたもの、若しくはそれよりも若干薄いものであり、０．４〜３．０ｍｍの範囲である。厚さが０．４ｍｍ未満では、通水差圧の上昇を招くと共に、濁質の蓄積が生じ易くなる。一方、厚さが３．０ｍｍを越えると、スパイラル状にした場合、１エレメント当たりの膜面積が小さくなり過ぎてしまい、実用的でない。また、原水スペーサーにおける流路幅Ｖとしては、特に制限されなが、図１の形態を採る場合、振幅Ｈの２倍の寸法であり、図５の形態を採る場合、振幅Ｈと同じ寸法である。原水スペーサーの材質としては、特に制限されないが、ポリプロピレンやポリエチレンが、成形性やコスト面から好ましい。また、原水スペーサーの製造方法は、特に制限されず、公知の方法を適用できるが、金型による成型品が、コスト面及び精度面からも好ましい。
【００１９】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を前記原水スペーサーと共に巻回してなる。巻回しは、１枚の袋状の分離膜を巻回したものであっても、複数の袋状の分離膜を巻回したもののいずれであってもよい。本発明のスパイラル型膜エレメントは精密濾過装置、限外濾過装置及び逆浸透膜分離装置などの膜分離装置に使用することができる。逆浸透膜としては、食塩水中の塩化ナトリウムに対する９０％以上の高い除去率を有する通常の逆浸透膜、及び低脱塩率のナノ濾過膜やルーズ逆浸透膜が挙げられる。ナノ濾過膜やルーズ逆浸透膜は脱塩性能を有するものの、通常の逆浸透膜よりも脱塩性能が低いもので、特にＣａ、Ｍｇ等の硬度成分の分離性能を有するものである。なお、ナノ濾過膜とルーズ逆浸透膜はＮＦ膜と称されることがある。
【００２０】
本発明の逆浸透膜モジュールは、前記スパイラル型膜エレメントを備えるものであれば特に制限されず、例えば図６に示す構造を有する逆浸透膜モジュールが挙げられる。図６に示したように、透過水集水管６０の外周面に袋状の逆浸透膜６１を原水スペーサーと共にスパイラル状に巻きつけ、その上部を外装体６２で被覆する。そしてスパイラル状に巻きつけた逆浸透膜６１がせり出すのを防止するために、数本の放射状のリブ６３を有するテレスコープ止め６４が両端に取り付けられている。これらの透過水集水管６０、逆浸透膜６１、外装体６２、テレスコープ止め６４でひとつのスパイラル型膜エレメント６５を形成し、夫々の透過水集水管６０をコネクタ（図示せず）で連通して、ハウジング６６内にスパイラル型膜エレメント６５を複数個装填する。なお、スパイラル型膜エレメント６５の外周とハンジング６６の内周の間に隙間６７が形成されるが、この隙間６７をブラインシール６８で閉塞してある。なおハウジング６６の一端には原水をハウジング内部に流入するための原水流入管（図示せず）、また他端には透過水集水管６０に連通する処理水管（図示せず）および非透過水管（図示せず）が付設され、ハウジング６６、その内部部品および配管（ノズル）等で逆浸透膜モジュール６９が構成される。
【００２１】
このような構造の逆浸透膜モジュール６９で原水を処理する場合は、ハウジング６６の一端からポンプを用いて原水を圧入するが、図６において矢線で示したように原水はテレスコープ止め６４の各放射状のリブ６３の間を通って最初のスパイラル型膜エレメント６５内に侵入し、一部の原水はスパイラル型膜エレメント６５の膜間の原水スペーサーで区画される原水流路を通り抜けて次のスパイラル型膜エレメント６５に達し、他部の原水は逆浸透膜６１を透過して透過水となり当該透過水は透過水集水管６０に集水される。このようにしてスパイラル型膜エレメント６５に次々に原水が通り抜けて、逆浸透膜を透過しなかった原水は濁質及びイオン性不純物を高濃度で含む濃縮水としてハウジング６６の他端から取り出され、また逆浸透膜を透過した透過水は透過水として透過水集水管６０を介してハウジング６６外に取り出される。なお、本発明の逆浸透膜モジュールは図６のように複数のスパイラル型膜エレメントを装着するものの他、例えばスパイラル型膜エレメント１個装着するものであってもよい。
【００２２】
本発明の逆浸透膜装置としては、特に制限されないが、例えば前記逆浸透膜モジュールの１又は２以上、ポンプ等の原水供給手段、原水流入配管、濃縮水流出配管及び透過水流出配管を少なくとも備えるものである。本発明の逆浸透膜装置に直接供給される原水としては、工業用水、水道水及び回収水が挙げられる。原水の濁度としては、特に制限されないが、濁度２度程度の高い濁度のものであっても濁質の閉塞による通水差圧の上昇などを生じることがない。また、原水には原水中に砂粒などの粗大粒子を含む場合、予め目の粗いフィルターを通した処理水や、スケールやファウリングを防止するための分散剤を添加したものも含まれる。分散剤の添加により、原水スペーサーや膜面への濁質の蓄積を一層抑制することができる。分散剤としては、例えば市販品の「ｈｙｐｅｒｓｐｅｒｓｅ　ＭＳＩ３００」、「ｈｙｐｅｒｓｐｅｒｓｅ　ＭＤＣ２００」（共に、ＡＲＧＯ　ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ社製）が挙げられる。本発明の逆浸透膜装置によれば、従来、原水中の濁質を除去する目的で用いられていた凝集沈殿処理、濾過処理及び膜処理などの前処理装置の設置を省略することができる。このため、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が図れる点で画期的な効果を奏する。
【００２３】
本発明の実施の形態における逆浸透膜装置の一例を図７を参照して説明する。図７において、逆浸透膜装置７０は、原水供給装置７１、前段逆浸透膜モジュール７０Ａ及び後段逆浸透膜モジュール７０Ｂをこの順序で配置したものであり、原水供給装置７１と前段逆浸透膜モジュール７０Ａは原水供給配管７２で連結され、前段逆浸透膜モジュール７０Ａと後段逆浸透膜モジュール７０Ｂは前段逆浸透膜モジュール７０Ａの透過水を後段の装置の被処理水として供給する一次透過水流出配管７３で連結され、後段逆浸透膜モジュール７０Ｂには透過水を排出する透過水流出配管７４及び濃縮水を原水供給配管７２に戻す戻り配管７５を備える。また、前段逆浸透膜モジュール７０Ａには濃縮水流出配管７６を備えている。前段逆浸透膜モジュール７０Ａは本発明に係る濁質の蓄積を起こさない逆浸透膜装置であり、後段逆浸透膜モジュール７０Ｂは従来の逆浸透膜装置である。
【００２４】
次に、本実施の形態例の逆浸透膜装置７０を用いて原水を処理する方法を説明する。先ず、原水は原水供給手段７１により前段逆浸透膜モジュール７０Ａに供給される。原水は前段逆浸透膜モジュール７０Ａで処理され、一次濃縮水を濃縮水流出配管７６から得ると共に一次透過水流出配管７３から一次透過水を得る。次いで、この一次透過水は後段逆浸透膜モジュール７０Ｂで処理され、透過水流出配管７４から二次透過水を得ると共に、二次濃縮水は戻り配管７５から原水供給配管７２に戻される。この二次濃縮水は既に前段逆浸透膜モジュール７０Ａで脱塩された透過水を後段逆浸透膜モジュール７０Ｂで濃縮されたものであり、原水に比べて導電率が低い。このため、二次濃縮水の全量を循環させることが可能となり、水回収率を向上させることができる。また、逆浸透膜装置７０は、従来型の装置で使用されている濁質除去のみを目的とした前処理装置の代わりに、本発明における濁質の蓄積が大幅に抑制できる逆浸透膜モジュールを前段に使用しているので、実質的に逆浸透膜を２段使用することになる。従来型の装置における前処理装置は当然脱塩機能がないので、逆浸透膜装置７０は従来型の逆浸透膜装置と比較して透過水の水質も格段に優れる。
【００２５】
【実施例】
実施例１
濁度２度、導電率２０ｍＳ／ｍの工業用水を下記仕様の逆浸透膜モジュールＡに通水し、下記運転条件下において、２０００時間の耐久運転を行った。逆浸透膜モジュールＡの性能評価は運転初期及び２０００時間における通水差圧（ＭＰａ）、透過水量（ｌ／分）及び透過水の導電率（ｍＳ／ｍ）を測定することで行った。また、２０００時間後、逆浸透膜モジュールを解体して原水流路内の濁質の付着状況を観察した。測定値の結果を表１に、原水流路の目視観察結果を表２に示す。表１中、通水差圧及び透過水導電率は２５℃換算値である。
【００２６】
（逆浸透膜モジュールＡ）
図１及び図２に示す構造のもので、振幅Ｈ／波長Ｌが０．６６、波長Ｌが１５ｍｍ、振幅Ｈが１０ｍｍ、原水流路幅Ｖが２０ｍｍ、厚さが１．０ｍｍの原水スペーサーＡを作製した。次いで、この原水スペーサーＡを用いてスパイラル型膜エレメントＡを作製し、更に図６に示すような構造の逆浸透膜モジュールＡを作製した。但し、該逆浸透膜モジュールＡは１個のスパイラル型膜エレメントを収納した１個のモジュールとした。
（運転条件）
操作圧力が０．７５ＭＰａ、濃縮水流量が２７００ｍ^３／時間、水温が２５℃で、８時間毎に１回、６０秒間のフラッシング（濃縮水流出管に付設されている弁を全開して、透過処理における原水供給流量の３倍流量の原水を急速に逆浸透膜モジュール内に供給し、フラッシング排水を濃縮水流出管から流出させる操作）を行う。
【００２７】
実施例２
逆浸透膜モジュールＡの代わりに、下記に示す仕様の逆浸透膜モジュールＢを用いた以外、実施例１と同様の運転条件で２０００時間の耐久運転を行った。逆浸透膜モジュールＢの性能評価結果を表１及び表２に示す。
（逆浸透膜モジュールＢ）
原水スペーサーＡに代えて、図５に示す構造のもので、振幅Ｈ／波長Ｌが０．６６、波長Ｌが１５ｍｍ、振幅Ｈが１０ｍｍ、原水流路幅Ｖが１０ｍｍ、厚さが１．０ｍｍの原水スペーサーＢを用いた以外、前記逆浸透膜モジュールＡと同様の方法で作製した。
【００２８】
実施例３
濁度２度、導電率２０ｍＳ／ｍの工業用水を下記仕様で且つ前述の図７に示すフローの逆浸透膜装置に通水し、下記運転条件下において２０００時間の耐久運転を行った。逆浸透膜装置の性能評価結果を表１及び表２に示す。なお、表１の結果は、後段逆浸透膜装置の結果である。
（逆浸透膜装置）
前段逆浸透膜モジュールとして、実施例２で使用した逆浸透膜モジュールＢを用い、後段逆浸透膜モジュールとして、８インチエレメントＥＳ−１０（日東電工社製）１個を装着したモジュール１個を用いた。このＥＳ−１０に用いられている原水スペーサーは格子の網目状のものである。
（運転条件）
前段逆浸透膜モジュール及び後段逆浸透膜モジュール共に、操作圧力が０．７５ＭＰａ、濃縮水流量が２７００ｍ^３／時間、水温が２５℃で、前段逆浸透膜モジュールのみ８時間毎に１回、６０秒間のフラッシング（実施例１と同様な操作）を行う。
【００２９】
実施例４
逆浸透膜モジュールＡの代わりに、下記に示す仕様の逆浸透膜モジュールＣを用いた以外、実施例１と同様の運転条件で２０００時間の耐久運転を行った。逆浸透膜モジュールＣの性能評価結果を表１及び表２に示す。
（逆浸透膜モジュールＣ）
原水スペーサーＡに代えて、図１に示す構造のもので、振幅Ｈ／波長Ｌが０．２、波長Ｌが１００ｍｍ、振幅Ｈが２０ｍｍ、原水流路幅Ｖが４０ｍｍ、厚さが１．０ｍｍの原水スペーサーＣを用いた以外、前記逆浸透膜モジュールＡと同様の方法で作製した。
【００３０】
比較例１
凝集沈殿処理、濾過処理及び膜処理からなる公知の前処理装置を前段に配置したこと、スパイラル型膜エレメントＡの代わりに、８インチエレメントＥＳ−１０（日東電工社製）を用いたこと以外、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、濁度２度、導電率２０ｍＳ／ｍの工業用水を、前処理装置で処理し、その処理水を従来の市販の逆浸透膜モジュールで更に処理した。その結果を表１及び表２に示す。
【００３１】
比較例２
スパイラル型膜エレメントＡの代わりに、８インチエレメントＥＳ−１０（日東電工社製）を用いた以外、実施例１と同様の方法で行った。すなわち、濁度２度、導電率２０ｍＳ／ｍの工業用水を、前処理装置で処理することなく直接従来の市販の逆浸透膜モジュールで処理した。その結果を表１及び表２に示す。なお、この比較例２では８００時間頃に、通水差圧が極端に上昇し、透過水が得られなくなったため、この時点で運転を停止した。
【００３２】
比較例３
逆浸透膜モジュールＡに代えて、下記仕様の逆浸透膜モジュールＤを用いた以外、実施例１と同様の運転条件で２０００時間の耐久運転を行った。その結果を表１に示す。なお、該逆浸透膜モジュールＤは１個のスパイラル型膜エレメントを収納した１個のモジュールとした。
（逆浸透膜モジュールＤ）
原水スペーサーＡの代わりに、特開平１０−１５６１５２号公報の図１に示す構造、すなわち前述の図８に示す構造のもので、厚さが１．０ｍｍ、屈曲点部分の角度θが６０度、屈曲点間の距離５ｍｍの原水スペーサーＥを用いた以外、前記逆浸透膜モジュールＡと同様の方法で作製した。
【００３３】
【表１】

【００３４】
【表２】

【００３５】
実施例１〜４において、２０００時間後、通水差圧の上昇はほとんどなく、透過水量の低下もなく、透過水の水質も高いものであった。比較例１は２０００時間後の性能評価において、実施例と遜色ない結果を示しているが、これは前処理装置を設置しており、設置場所や設置コストなどが余分に必要となる。従って、実施例１〜４の比較対象は比較例２及び３であるが、比較例２は約８００時間で透過水量がゼロになるまで濁質の付着が激しいものであり、比較例３は２０００時間の段階で大幅な通水差圧の上昇、透過水量の低下が見られ、３０００〜４０００時間程度で使用不能になるものと推測された。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のスパイラル型膜エレメントによれば、原水は緩やかな曲線で蛇行する形状の線材同士間を膜面に沿って、緩やかに蛇行しながらあるいはほぼ直線状に流入側から流出側に向かって流れる。このため、原水流路における濁質の蓄積が大幅に抑制される。本発明の逆浸透膜モジュール及び逆浸透膜装置によれば、従来、原水中の除濁目的で用いられていた前処理装置の設置を省略することができる。このため、システムの簡略化、設置面積の低減、低コスト化が図れる点で顕著な効果を奏する。更に工業用水など濁度の高い原水を前処理なしで供給しても、濁質が蓄積し難く、長期間に亘り安定な通水処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例における原水スペーサーを示す図である。
【図２】（Ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿って見た図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に沿って見た図である。
【図３】図１の一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】（Ａ）は原水スペーサーを構成する第１線材を示す図、（Ｂ）は原水スペーサーを構成する第２線材を示す図である。
【図５】他の実施の形態例における原水スペーサーを示す図である。
【図６】本実施の形態例における逆浸透膜モジュールの構造の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における逆浸透膜装置の一例を示す図である。
【図８】従来のジグザグ状原水スペーサーを説明する図である。
【図９】従来の逆浸透膜モジュールの概略図である。
【符号の説明】
１、１ａ　　　原水スペーサー
１１　　　　　第１線材
１２　　　　　第２線材
２０　　　　　分離膜
２１　　　　　対向する一方の分離膜
２２　　　　　対向する他方の分離膜
２３　　　　　一方の原水流路
２４　　　　　他方の原水流路
６０　　　　　透過水集水管
６５　　　　　スパイラル型膜エレメント
７０　　　　　逆浸透膜装置
Ｈ　　　　　　振幅
Ｌ　　　　　　波長
Ｖ　　　　　　流路幅
Ｘ　　　　　　原水流入側
Ｙ　　　　　　原水流出側

Claims (4)

1. 透過水集水管の外周面に袋状の分離膜を原水スペーサーと共に巻回してなるスパイラル型膜エレメントであって、該原水スペーサーは、原水の流入側から流出側に向かって緩やかな曲線で蛇行する形状で延在する第１線材及び第２線材からなるものであって、該第１線材は該分離膜のうちの対向する一方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第１線材同士間で一方の原水流路を形成し、該第２線材は該分離膜のうち対向する他方の膜面に沿って延在すると共に、隣接する第２線材同士間で他方の原水流路を形成し、該第１線材と該第２線材とは一部が重なり、該重なり箇所で結合されてなることを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
2. 前記緩やかな曲線で蛇行する形状は、屈曲点のない規則性を有する形状であって、振幅Ｈと波長Ｌの比（Ｈ／Ｌ）が０．０２〜２であり、且つ１本の線材１ｍ当たり１〜１００波長であることを特徴とする請求項１記載のスパイラル型膜エレメント。
3. 請求項１又は２のスパイラル型膜エレメントを備えることを特徴とする逆浸透膜モジュール。
4. 請求項３の逆浸透膜モジュールを備えることを特徴とする逆浸透膜装置。

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